一、水力截获技术简介
1、技术概述
早在20世纪60年代，J.Bear等利用注水井人工补给地下水含水层，并对其运动规律进行了定量研究，该成果为后来水力截获技术的发展打下了基础。水力截获技术是修复受污染含水层并抑制污染羽扩散的一种水动力学技术。单个抽水井形成的截获带平面图（忽略垂向流速分量），在抽水井下游截获表面上，存在一个所有流线收敛的特定位置，在该点处流速矢量的全部分量都为零，称为驻点，而截获表面上的所有分水线都必然通过驻点。多井截获带是多个单井截获带几何形状的叠加，在二维流的状态下，未被井群系统截获继续向下游流动的水和流向井群系统水的分水岭就是水力截获带的边界曲线；三维流情况下为截获体，是抽水井截获表面边界迹线组所限定的空间结构体。
2、技术原理
抽出－处理技术是根据地下水污染范围，在污染场地布设一定数量的抽水井，通过水泵和水井将污染地下水抽取至地表，然后对抽出污水进行处理的地下水修复方法。通过不断地抽取污染地下水，使污染羽的范围和污染程度逐渐减小，并使含水层介质中的污染物通过向水中转移而得到清除。处理后的地下水，排入地表径流回灌到地下或用于当地供水。
3、技术特点
抽出－处理技术是一种常用且应用较早的地下水异位修复技术，随着其他更先进技术的逐渐成熟，该技术的应用数量呈现减少的趋势。抽出－处理技术在应用时需要构筑一定数量的抽水井（必要时还需构筑注水井）和相应的地表污水处理系统，抽水井一般位于地下水污染羽状体中部（水力坡度小时）或下游（水力坡度大时）。抽出后污水处理技术的选择则受到污染物特征、修复目标、资金投入等多方面的制约。该技术可使地下水的污染水平迅速降低，且水位的下降在一定程度上可加强包气带中所吸附有机污染物的好氧生物降解。但由于水文地质条件的复杂性以及有机污染物与含水层物质的吸附/解吸的可逆性，抽出－处理技术在短时间内很难使地下水中污染物含量达到环境风险可接受水平。此外，该技术由于地下水的抽提或回灌，可能扰动修复区域及周边地区的地下水。抽出－处理工程运行后期会出现拖尾现象，地下水中污染物浓度可能会反弹，需要对系统进行定期的维护与监测，以确保修复效果。该技术在处理高浓度污染地下水时初期效果较好，工程费用较低，但长期维护费用较高，运行时间可达数年。
二、水力截获系统详细介绍
1、系统构成及主要设备
系统构成包括地下水控制系统、污染物处理系统和地下水监测系统。
主要设备包括钻井设备、建井材料、抽水泵、压力表、流量计、地下水水位仪、地下水水质在线监测设备、污水处理设施等。
2、关键技术参数或指标：
关键技术参数包括：渗透系数、含水层厚度、抽水井间距、抽水井数量、井群布局和抽提速率。
（1）渗透系数：渗透系数对污染物运移影响较大，随着渗透系数加大，污染羽扩散速度加大，污染羽范围扩大，从而增加抽水时间和抽水量。
（2）含水层厚度：在承压含水层水头固定的情况下，抽水时间和总抽水量都是随着承压含水层厚度增加呈线性递增的趋势；当含水层厚度呈等幅增加时，抽水时间和总抽水量都是呈等幅增加趋势。
在承压含水层厚度固定的情况下，抽水时间和总抽水量都不随承压含水层水头的增加而变化（除了水头值为15m 时）。其主要原因是，测压水位下降时，承压含水层所释放出的水来自含水层体积的膨胀及含水介质的压密，只与含水层厚度有关。对于潜水含水层，地面与底板之间厚度固定的情况下，抽水时间和总抽水量都是随着潜水含水层水位的增加呈线性递减的趋势。
（3）抽水井位置：抽水井在污染羽上的布设有两种方式，每种方式中，抽水井的位置也不同。
①水力坡度小时，抽水井可位于地下水污染羽状体中部；
②水力坡度大时，抽水井可位于地下水污染羽状体下游。
（4）抽水井间距：在多井抽水中，应重叠每个井的截获区，以防止污染地下水从井间逃逸。
（5）井群布局：天然地下水使得污染羽的分布出现明显偏移，地下水水流方向被拉长，垂直地下水水流方向变扁。抽水井的最佳位置在污染源与污染羽中心之间（靠近污染源，约位于整个污染羽的三分之一处），并以该井为圆心，以不同抽水量下的影响半径为半径布设其余的抽水井。
3、主要实施过程
（1）捕获区分析和优化系统设计：通过数学模型来计算捕获区、分析地下水流场、计算地下水抽出时间。对于相对复杂的污染地下水含水层，通过数学模型可以模拟抽出处理方法、设计地下水监测系统和监测频率。
（2）建立地下水控制系统：①把污染源和地下水污染羽去除相结合，分阶段建立抽出井群系统，通过前期井群建立获取监测数据分析含水层抽出效果，指导后续井群选址；②安装抽水泵；③脉冲式抽取地下水，通过抽取最少量地下水达到最优的污染物去除效率。
（3）处理抽出污染地下水：选择适当的处理设备和处理方法处理受污染地下水。具体处理方法包括生物法、物理/化学法等。
（4）监测效果评估：建立地下水抽出处理监测系统，评价地下水抽出处理效果。
（5）修复成功后关闭抽出处理系统。
4、运行维护和监测
总体来说，该技术运行维护相对简单，运行过程中仅需对水泵、抽提井、管道阀门及相应电气设备、仪表及控制系统进行相应维护。污水处理系统的运行维护需根据不同污染物进行相应调整。
抽出处理系统投入运行后，就应开展实时监测，以判断系统运转是否满足既定治理目标，确保系统运行长期有效。借助于水位监测和水质检测，对系统运行做出相应调整。
三、水利截获技术要点总结
（1）如何根据污染场地的水文地质条件、污染物性质及其分布特征，利用置于污染羽状体下游的抽水井抽出污染的地下水并形成有效的水力截获带？
（2）水力截获技术是否成功的关键在于抽水井的数量、位置、间距、井位、井深、抽水量以及降深。
.png)
参考文献：
（1）污染场地修复技术筛选指南-环境保护行业标准
（2）污染场地修复技术名录
（3）赵勇胜．地下水污染场地污染的控制与修复［J］．吉林大学学报（地球科学版），2007,37（2）：304-310
论文作者:张喜
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/17
标签：地下水论文; 含水层论文; 技术论文; 水力论文; 污染物论文; 系统论文; 地下论文; 《科学与技术》2019年20期论文;